LED不同照光角度對金葉復(fù)葉槭組培苗生長發(fā)育的影響

王 政,程 珊,何松林,2*,尚文倩,宋盈龍,劉艷楠 石力勻,申玉曉,賀 丹

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院,河南 鄭州 450002;2.河南科技學(xué)院 園藝園林學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003;3.杞縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局,河南 杞縣 475299)

0 引言

【研究意義】金葉復(fù)葉槭(Acernegundo‘Aurea’)屬無患子科(Sapindaceae)槭屬(Acer),以其葉色金黃的獨(dú)特優(yōu)勢,已發(fā)展成為園林綠化中重要的彩色葉樹種之一[1-2]。目前,金葉復(fù)葉槭主要采用組培技術(shù)進(jìn)行繁殖,在保持品種優(yōu)良性和一致性的同時加快了繁殖速度。在組織培養(yǎng)繁殖過程中,光照、溫度、濕度是植物生長發(fā)育的重要環(huán)境影響因子,光作為最重要的調(diào)節(jié)因子之一,在調(diào)節(jié)植物整個生命周期的生長代謝方面具有重要作用[3]。因此,研究適宜金葉復(fù)葉槭組織培養(yǎng)的照光條件,是金葉復(fù)葉槭工廠化育苗的關(guān)鍵,對促進(jìn)金葉復(fù)葉槭的市場化應(yīng)用具有重要作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物組織培養(yǎng)技術(shù)中植物生長必需的光照條件主要由傳統(tǒng)熒光燈以及LED提供,與傳統(tǒng)熒光燈相比,貼片式LED具有發(fā)光均勻、散熱性好、體積小以及散射角度大等優(yōu)勢[4-5],但不同LED照光系統(tǒng)對植物組織培養(yǎng)影響的相關(guān)研究主要集中在光質(zhì)、光強(qiáng)等方面,如不同光質(zhì)對桉樹[6-7]、鐵皮石斛[8-9]、朱頂紅[10]、杜鵑[11-12]、玉簪[13-14]、牡丹[15-16]、百合[17]等組培苗的影響?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前,關(guān)于金葉復(fù)葉槭組培相關(guān)研究主要集中在快繁體系建立和技術(shù)研究上,對組培過程中光照角度的影響研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以金葉復(fù)葉槭為研究材料,研究不同照光角度對金葉復(fù)葉槭組培苗生長和生理特性的影響,明確適宜的照光角度,為金葉復(fù)葉槭組培苗大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

金葉復(fù)葉槭組培苗購于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,將購買的組培苗接種于木本植物常用固體培養(yǎng)基WPM上,并添加0.05 mg/L IBA ,在溫度(24±1)℃、光照強(qiáng)度25 μmol/(m2·s)和光照時間為12 h/d的常規(guī)條件下培養(yǎng)30 d后,選取生長狀況及規(guī)格一致的組培苗(苗高約2.5 cm)作為供試材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

采用自行研究制作的LED光照組培系統(tǒng),LED照光方式共8個處理(表1),每處理5瓶,6次重復(fù),以傳統(tǒng)熒光燈組培架作對照。不同處理培養(yǎng)光照時數(shù)均為12 h/d(8：00—24：00),培養(yǎng)溫度均為(24±1)℃。

表1 金葉復(fù)葉槭組培苗不同照光角度處理Table 1 Different lighting angle treatments for Acer negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings

1.3 測定項目及方法

將接種好的金葉復(fù)葉槭組培苗培養(yǎng)60 d后,測量其形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)。形態(tài)指標(biāo)包括株高、葉數(shù)、葉長、葉幅(試管苗自上而下的第3片葉)、根數(shù)、最長根長、總鮮重、地上部鮮重、根部鮮重、總干物重、地上部干物重、根部干物重、全干物率、地上部干物率和根部干物率。生理指標(biāo)包括葉綠素含量、可溶性蛋白含量和根系活力,葉綠素含量采用無水乙醇和丙酮混合液提取法測定[18],可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定[19],根系活力測定采用TTC法測定[19]。每項指標(biāo)測定均重復(fù)3次,取其平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 25.0、Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,鄧肯氏新復(fù)極差測驗(yàn)法(SSR法)測驗(yàn)不同處理的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的形態(tài)指標(biāo)

2.1.1 株高、葉數(shù)、葉長、葉幅、根數(shù)和最長根長 從表2看出,經(jīng)過60 d的培養(yǎng)后,LED不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的株高、葉數(shù)、葉長整體高于CK,且均以處理8最高,分別為88.20 mm、12.67片和21.41 mm;處理5次之,分別為65.85 mm、12.00片和19.29 mm。葉幅除處理1外均高于CK,以處理5最寬,達(dá)19.47 mm;其次為處理3,為18.06 mm。根數(shù)均低于CK,以處理4最多,為9.67條;處理7次之,為9.17條。最長根長均低于CK,以處理5最長,達(dá)71.98 mm;其次為處理6,為53.24 mm。差異顯著性分析表明,株高：處理8、處理7和處理3間差異不顯著,但均顯著高于CK;葉數(shù)：除處理1和處理6與CK間差異不顯著外,其余處理均顯著高于CK,其中,處理8與處理5均顯著高于其他處理;葉長和葉幅：LED不同照光角度處理間及其與CK間差異均不顯著;根數(shù)：除處理8顯著低于CK外,其余處理及與CK間差異均不顯著;最長根長：LED不同照光角度處理均顯著低于CK,處理5除與處理6、處理7間差異不顯著外,均顯著高于其他處理。

表2 不同LED照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的形態(tài)指標(biāo)Table 2 Morphology index of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

2.1.2 鮮重和干重 從表3看出,LED不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的整株鮮重除處理1外均高于CK,以處理5最高,達(dá)884 mg,顯著高于處理1和CK,與其他處理間差異不顯著;地上部鮮重均高于CK,以處理5最高,達(dá)689 mg,顯著高于處理1和CK,與其他處理間差異不顯著;根部鮮重除處理5、處理7和處理8高于CK外,其余處理均低于CK,以處理5最高,達(dá)195.00 mg,除顯著高于處理1外與其他處理間差異均不顯著。整株干重除處理1、處理2、處理4和處理6低于CK外,其余處理均較CK高,地上部干重除處理1外均高于CK,整株干重和地上部干重均以處理5最高,分別達(dá)127.9 mg和98.7 mg,顯著高于CK;根部干重除處理5、處理7、處理8高于CK外,其余處理均低于CK,以處理7最高,處理8和處理5次之,三者間差異不顯著,均顯著高于處理1、處理2、處理4和處理6,與處理3和CK間差異均不顯著。

表3 不同LED照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的鮮重和干重Table 3 Fresh and dry weight of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles mg

2.1.3 干物率 從圖1看出,LED不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的總干物率和地上部干物率均顯著低于CK,地上部干物率以處理1和處理8較高,兩者間差異不顯著,均顯著高于處理2和處理3,與其余處理間差異不顯著;總干物率以處理1較高,顯著高于處理4和處理5,與其他處理間差異不顯著。地下干物率以處理1最高,顯著高于其余處理;其次是處理7,與CK間差異不顯著,顯著高于處理2、處理4和處理5,與其余處理間差異不顯著。

注：同一指標(biāo)不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05),下同。Note：Different lowercase letters of the same index indicate significant difference at P<0.05 level.The same below.圖 1 不同LED照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的干物率Fig.1 Dry matter rate of A. negundo‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

2.2 不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的生理指標(biāo)

從圖2看出,LED不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的葉綠素a含量除處理7顯著低于CK外,其余處理均高于CK,以處理1、處理3和處理4的含量較高,均顯著高于處理2、處理7和CK,與其余處理間差異不顯著;葉綠素b含量以處理8最高,除與處理1和處理3間差異不顯著外,與其余處理間差異均達(dá)顯著水平;葉綠素總含量以處理1最高,其次是處理3、處理8和處理4,4個處理間差異不顯著,均顯著高于處理2、處理7和CK。LED不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的可溶性蛋白含量均明顯高于CK,以處理1和處理2較高,與其他處理間差異顯著;處理4和處理7顯著高于處理5、處理8和CK,余下處理間差異不顯著。LED不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的根系活力以處理1最高,與CK間差異顯著;其余均低于CK,其中,處理2顯著低于CK,處理3～8與CK間差異不顯著。

圖2 不同LED照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗的葉綠素含量、可溶性蛋白含量和根系活力Fig.2 Leaf chlorophyll and soluble protein content and root activity of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

3 討論

光作為植物生長重要的調(diào)節(jié)因子之一,在植物組培苗生長過程中發(fā)揮重要作用,同時,照光方式、光質(zhì)及光照強(qiáng)度的不同也會對組培苗的生長產(chǎn)生一定影響[20-24]。研究表明,經(jīng)過不同照光角度處理金葉復(fù)葉槭組培苗,除根數(shù)、最大根長以及地上干物率外,其他指標(biāo)整體上均優(yōu)于對照,說明不同照光角度處理有利于金葉復(fù)葉槭組培苗的生長發(fā)育,以處理1(金葉復(fù)葉槭移栽馴化前采用76.39°側(cè)向照光+M形曲面反光膜+納米導(dǎo)光板)和處理5(傾斜69.77°側(cè)向照光方式+平面反光膜+納米導(dǎo)光板)的效果更佳。

葉綠素是植物吸收太陽光能,進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)之一。葉綠素a、葉綠素b的含量可以作為鑒定植物營養(yǎng)條件、生長發(fā)育狀況及生理代謝水平的指標(biāo)[25]?？扇苄缘鞍鬃鳛槎喾N酶的組成成分,在植物生長過程中發(fā)揮著重要作用,其含量的增加標(biāo)志著植物體旺盛的生命活動[26]。根系活力是衡量植物根系發(fā)育狀況的重要生理指標(biāo),其直接關(guān)系根系對礦物質(zhì)及水分的吸收[27]。研究表明,處理1照光角度下金葉復(fù)葉槭組培苗的葉綠素含量最高,植物光合速率加快;可溶性蛋白含量最高,細(xì)胞保水能力強(qiáng),能有效保護(hù)細(xì)胞膜;且處理1的照光角度有利于金葉復(fù)葉槭組培苗的根系生長以及干物質(zhì)積累,提高植物抗逆性,使植物生長健壯,有利于植物的移栽馴化。

葉長、葉幅、葉片數(shù)在一定程度上反映了植物可以光合作用的強(qiáng)弱,根系長度等是判斷植物吸收營養(yǎng)與水分能力強(qiáng)弱的關(guān)鍵指標(biāo)[28]?？扇苄蕴窃跐B透調(diào)節(jié)中起重要作用,可通過調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢提高水分的吸收能力,此時糖分升高能減輕呼吸作用對植物體的破壞并提高自身抗逆性[29]。研究表明,處理5照光角度下的金葉復(fù)葉槭組培苗在最大根長以及鮮、干重等方面效果最佳,表明組培苗生長旺盛,生命力較強(qiáng),根系生長較快;葉片面積增加,植物體內(nèi)水分以及可溶性物質(zhì)含量增加,有利于促進(jìn)金葉復(fù)葉槭組培苗的光合作用,其整體生命代謝速率加快,有利于營養(yǎng)吸收,促進(jìn)組培苗生長發(fā)育。

4 結(jié)論

高效節(jié)能LED照光系統(tǒng)不同照光角度處理能促進(jìn)金葉復(fù)葉槭組培苗的生長發(fā)育,處理1(金葉復(fù)葉槭移栽馴化前采用76.39°側(cè)向照光+M形曲面反光膜+納米導(dǎo)光板)和處理5(傾斜69.77°側(cè)向照光方式+平面反光膜+納米導(dǎo)光板)均有利于金葉復(fù)葉槭組培苗在移栽馴化前和接種初期使用。在金葉復(fù)葉槭組培及實(shí)際生產(chǎn)過程中,可在金葉復(fù)葉槭移栽馴化前采用處理1的照光方式壯苗,有利于金葉復(fù)葉槭組培苗移栽后成活;在組培苗接種初期采用處理5的照光方式增強(qiáng)組培苗生命活力,有利于金葉復(fù)葉槭營養(yǎng)生長;處理5和處理1配合使用可以使金葉復(fù)葉槭生長達(dá)最佳狀態(tài)。